一种具有粒子运动摩擦带电测量功能的粒子环境模拟系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种粒子环境模拟系统，更具体地说，公开了一种具有粒子运动摩擦带电测量功能的粒子环境模拟系统，其包括粒子环境模拟装置和粒子运动摩擦带电测量装置。该系统搭建模拟粒子环境，其空气压力可调，紊流程度可调，可控制环境中粒子相互作用程度，并能够测量粒子相互作用的带电情况。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种粒子环境模拟系统，更具体地说，涉及一种具有粒子运动摩擦带电测量功能的粒子环境模拟系统。
技术介绍
粒子环境作为一种典型的服役环境，正在日益影响着人们的生产生活，空气中悬浮的微尘粒子对机械设备，特别是精密机械，如磁头磁卡系统、空气轴承的服役情况和寿命产生了很大的影响，因此，机械设备的设计与应用不得不考虑粒子环境对设备服役状态的影响。粒子环境中粒子之间的相互运动摩擦产生的静电会在局部形成很强的静电场，已有的研究表明粒子环境中的静电场会对高压送电及微波传输等产生严重的不良影响。但是，粒子环境中的带电荷粒子和静电场对机械系统摩擦学特性的影响还不清楚。现有模拟粒子环境主要是在风洞中利用强风形成大面积的模拟沙尘环境，利用该模拟环境可以研究整个机械系统在沙尘环境中的磨损情况及使用寿命；但是，对于研究带电粒子侵入摩擦副表面引起的摩擦磨损性能的变化及电磁性能的变化，则需要在较小腔体内形成稳定可控的模拟粒子环境以方便研究，而研究带电微粒子对空气轴承的影响则要求形成具有一定压力的含粒子气流。因此，搭建空气压力可调的模拟粒子环境，并能够控制环境中粒子相互作用，测量粒子相互运动摩擦的带电情况，对研究粒子环境下机械系统的摩擦学特性具有重要意义，可为机械系统设计改进提供参考。
技术实现思路
鉴于上述研究需要，本技术的目的在于提供一种具有粒子运动摩擦带电测量功能的粒子环境模拟系统，它能够模拟具有一定正压力、不同紊流程度的粒子环境，并能够对粒子环境模拟装置中的粒子的带电情况进行测量。为了达到上述目的，本技术采用以下技术方案予以实现。一种具有粒子运动摩擦带电测量功能的粒子环境模拟系统，其特征在于，包括粒子环境模拟装置和粒子运动摩擦带电测量装置；所述粒子环境模拟装置包含洁净气流总管路、水平放置的圆柱状粒子环境模拟腔、与粒子环境模拟腔径向入口连通的扰流管路、与粒子环境模拟腔的轴向出口连通的粒子收集腔、与粒子环境模拟腔的轴向入口连接的粒子供应管路、与粒子供应管路水平连通的主气管路、与粒子供应管路垂直连通的粒子进给机构，粒子进给机构具有粒子腔供气管路，所述洁净气流总管路分别连通主气管路、扰流管路、粒子进给机构的粒子腔供气管路；所述粒子运动摩擦带电测量装置包含电荷放大电路，以及电连接电荷放大电路并轴向设置在粒子环境模拟腔内的探针。本技术的进一步改进和特点在于：(1)所述粒子进给机构包含粒子腔，设置在粒子腔内粒子漏斗；所述粒子腔的上入口连通粒子腔供气管路，下出口连通粒子供应管路。(2)所述粒子供应管路通过三通管件分别与主气管路水平连通、与粒子进给机构-->垂直连通；所述三通管件与主气管路水平连通的管道部分沿进气方向先收缩后扩张。(3)所述粒子环境模拟腔轴向设置有多个径向入口，所述扰流管路分多路连通的所述多个径向入口，所述多个径向入口相互错开。(4)所述主气管路、扰流管路、粒子进给机构的粒子腔供气管路分别沿各自的气流方向依次设置有单向节流阀和压力阀。(5)所述探针的迎流端设置有金属球。所述电荷放大电路采用CA3140芯片实现。本技术具有粒子运动摩擦带电测量功能的粒子环境模拟系统，具有如下有益效果：(1)能够形成均匀稳定的具有一定正压力的粒子环境。洁净气流总管路可由空气压缩机供应稳定的气流，粒子供应机构送出的气体-粒子二相流混合，经三通管件整流进入粒子环境模拟腔内，形成一种稳定而均匀的且具有一定正压力的粒子环境。(2)粒子环境模拟腔内气流流速、粒子浓度、紊流程度可调。粒子环境模拟腔内的气流流速可以通过三路管路(粒子进给机构具有粒子腔供气管路、主气管路、扰流管路)上的压力阀与单向节流阀控制；粒子浓度通过更换粒子腔内不同口径大小的漏斗调节粒子供应速率控制；粒子环境模拟腔内气流紊流程度通过改变扰流管路与主气管路的流量比控制。(3)粒子运动摩擦带电测量装置的精度很高。电荷放大电路采用CA3140芯片，该芯片自身偏置电流典型值为10pA，约比探针测量到的电流低2-3个数量级，从而保证了测量误差在1％以内。附图说明图1是本技术一种具有粒子运动摩擦带电测量功能的粒子环境模拟系统的结构示意图；图2是粒子供给机构的半剖结构示意图；图3是三通管件的结构示意图；图4是粒子环境模拟腔部分的结构示意图；图5是探针的安装示意图；图6是电荷放大电路的原理示意图；图中：1、洁净气流总管路；2、第一球阀；3、三通；4、第二球阀；5、洁净气流支路；6、粒子腔供气管路；7、主气管路；8、扰流管路；9、单向节流阀；10、压力阀；11、粒子进给机构；1101第三球阀；1102粒子腔；1103盖子；1104粒子漏斗；1105第四球阀；12三通管件；13粒子环境模拟腔；1301前腔体；1302后腔体；14粒子供应管路；15探针；1501金属球；1502L型铜丝；16粒子收集腔；17电荷放大电路；18信号采集卡；19环形基板；20引线。具体实施方式参照图1，本实施例的具有粒子运动摩擦带电测量功能的粒子环境模拟系统，包括粒子环境模拟装置和粒子运动摩擦带电测量装置两部分。粒子环境模拟装置中，粒子环境模拟腔13为水平放置的圆柱状，轴向出口通过法兰连通的粒子收集腔16，粒子收集腔16设置有轴向出口，轴向出口逐渐收缩，获得含粒子气流；粒子环境模拟腔13的轴向入口连接的粒子供应管路14，粒子供应管路14连接三通管件12的一个水平端口，三通管件12的另一个水平端口与主气管路连通，三通管件12的垂直端口连通粒子进给机构11的出口；粒子环境模拟腔设置有三个径向入口，三个径向入口沿轴向分布，并且三个径向入口错开角度，其中两边开口向上，中间的开口向下，对应的-->扰流管路通过四通分为三路分别连通上述三个径向入口。洁净气流总管路通过四通分别连通主气管路7、扰流管路8、粒子进给机构11的粒子腔供气管路6；主气管路7、扰流管路8、粒子进给机构11的粒子腔供气管路6分别沿各自的气流方向依次设置有单向节流阀9和压力阀10，可以控制粒子环境模拟腔内的气流流速。洁净气流总管路的入口连接空气压缩机，洁净气流总管路1还设置有第一球阀2，第一球阀的入口端通过三通3设置有洁净气流支路5，该洁净气流支路5上设置有第二球阀4。粒子运动摩擦带电测量装置包含信号采集卡18、与信号采集卡18电连接的电荷放大电路17，以及轴向设置在粒子环境模拟腔内的电连接电荷放大电路的探针15。探针15固定在粒子环境模拟腔13和离子收集腔16的连接法兰上，探针15位于粒子环境模拟腔13和离子收集腔16的中轴线上。在粒子环境模拟系统中，由空气压缩机将经过空气洁净单元送入的洁净压缩空气在洁净气流总管路1上经过三通3分为两路，分别由第一球阀2和第二球阀4控制管路开合，向粒子环境模拟装置和洁净气流支路5提供气流，以保证该装置可以根据需要分别输出含粒子气流和洁净气流。向粒子环境模拟装置提供的洁净气流经过四通分为粒子进给机构11的粒子腔供气管路6、主气管路7和扰流管路8，上述三路管路都分别有单向节流阀9和压力阀10控制管路压力和流量大小。粒子进给机构11的粒子腔供气管路6的气流经过粒子进给机构11形成含粒子的气流，并经过三通管件12与主气管路7汇合后送入粒子环境模拟腔13中。扰流管路提供的气流经过四通分为三路向粒子环境模拟腔13本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有粒子运动摩擦带电测量功能的粒子环境模拟系统，其特征在于，包括粒子环境模拟装置和粒子运动摩擦带电测量装置；所述粒子环境模拟装置包含洁净气流总管路（１）、水平放置的圆柱状粒子环境模拟腔（１３）、与粒子环境模拟腔（１３）径向入口连通的扰流管路（８）、与粒子环境模拟腔（１３）的轴向出口连通的粒子收集腔（１６）、与粒子环境模拟腔（１３）的轴向入口连接的粒子供应管路（１４）、与粒子供应管路（１４）水平连通的主气管路（７）、与粒子供应管路（１４）垂直连通的粒子进给机构（１１），粒子进给机构（１１）具有粒子腔供气管路（６），所述洁净气流总管路分别连通主气管路（７）、扰流管路（８）、粒子进给机构（１１）的粒子腔供气管路（６）；所述粒子运动摩擦带电测量装置包含电荷放大电路，以及电连接电荷放大电路并轴向设置在粒子环境模拟腔（１３）内的探针（１５）。

【技术特征摘要】
1.一种具有粒子运动摩擦带电测量功能的粒子环境模拟系统，其特征在于，包括粒子环境模拟装置和粒子运动摩擦带电测量装置；所述粒子环境模拟装置包含洁净气流总管路(1)、水平放置的圆柱状粒子环境模拟腔(13)、与粒子环境模拟腔(13)径向入口连通的扰流管路(8)、与粒子环境模拟腔(13)的轴向出口连通的粒子收集腔(16)、与粒子环境模拟腔(13)的轴向入口连接的粒子供应管路(14)、与粒子供应管路(14)水平连通的主气管路(7)、与粒子供应管路(14)垂直连通的粒子进给机构(11)，粒子进给机构(11)具有粒子腔供气管路(6)，所述洁净气流总管路分别连通主气管路(7)、扰流管路(8)、粒子进给机构(11)的粒子腔供气管路(6)；所述粒子运动摩擦带电测量装置包含电荷放大电路，以及电连接电荷放大电路并轴向设置在粒子环境模拟腔(13)内的探针(15)。2.根据权利要求1所述的具有粒子运动摩擦带电测量功能的粒子环境模拟系统，其特征在于，所述粒子进给机构(11)包含粒子腔(1102)，设置在粒子腔(1102)内粒...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙文浩，刁东风，黄杰杰，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：实用新型
国别省市：87[]